Yağış Radarı
Resim 1: Essen-Bredeney’deki Alman Meteoroloji Dairesinin Yağış Radarı
Yağış radarı nasıl çalışır?
Yağış Radarı
Bir yağış radarı, dönebilen- ve inip-kalkabilen (swivel) bir simetrik parabolik antenle S-bandında ya da C-bandında (seyrek olarak X-bandında) çalışan bir meteoroloji radarıdır. Meslekten olmayanların söylemlerinin aksine, bir yağış radarı ile bulutlar ölçülmez. Radar, yalnızca bulutların su içeriğinin bir ölçüsü olarak kullanılan yansıtırlığı ölçer. Radar, yağış alanlarını tespit etmek ve alan yağışlarının niceliksel ölçümü için kullanılır. Aynı zamanda Doppler frekanslarını değerlendirerek rüzgâr hızlarının dağılımı da belirlenebilir.
Yağış radarları her zaman 3-boyutlu radarlardır. Bu radarlar her dönüşten sonra antenin eğim açısını (tilt angle) değiştirir ve anten etrafındaki her yükseklik açı bölgesini (yükseklik taraması) ayrı ayrı tarar. Ancak bu, (Uçuş Güvenlik Kontrol Radarında ölçüldüğü gibi) 5 ila 15 dakika gibi oldukça yavaş güncellenebilen, hacim taraması denilen bir tarama oluşturur.
yansıtıcı
bağlaştırıcı
ışıyıcı
iletkeni
tablası
kılavuzu
Resim 2: Bir radom altındaki bir yağış radarının şematik sunumu
iletkeni
tablası
Resim 2: Bir radom altındaki bir yağış radarının şematik sunumu
Teknik veriler
Yağış radarı genellikle yalnızca bir yüksek güçlü vakum tüp (magnetron ya da klistron) ile oluşturulan dar bantlı bir kısa gönderim darbesini kullanır. Yarıiletken göndericileri de kullanmak mümkündür, ancak bunların darbe güçleri dielektrik dayanımının sınırlı olması nedeniyle daha düşüktür. Sonuçta ortaya çıkan geniş bantlı darbe-içi modülasyonlu gönderim darbeleri kullanma gereksinimi, aynı zamanda zamansal yan topuzlar (time-sidelobes) nedeniyle de doğruluk daha kötüleşir. Alıcı hassasiyeti de sınırlıdır, çünkü geniş bantlı bir alıcı daha fazla gürültü kapar.
Resim 3: Elektromanyetik dalgaların ıraksayı (divergence) sonucu daha uzun menzillerde çözünürlük hücresi daha büyük olur, dolaysıyla radar daha kısa menzillerde daha doğru sonuç verir.
Resim 3: Elektromanyetik dalgaların ıraksayı (divergence) sonucu daha uzun menzillerde çözünürlük hücresi daha büyük olur, dolayısıyla radar daha kısa menzillerde daha doğru sonuç verir.
Bir yağış radarının menzili, bu tür radar aygıtlarının alan başına gerekli sayısından kaynaklanır. Bir yağış radarının doğruluğu menzil arttıkça da azalır (Resim.3 deki darbe hacmine bakınız). Az gelişmiş tropikal ve dönencealtı (subtropical) bölgelerde bu aygıtlar genellikle S-bandında kullanılır. Bu şekilde 800 km ye kadar menzile ulaşmak mümkün olur. Ilıman iklime sahip gelişmiş Avrupa ülkelerinde meteoroloji radarı olarak genellikle C-bandı radarlar kullanılmaktadır. Bu frekans bölgesinde daha yüksek doğruluk sağlanmaktadır. Burada kullanılan radar aygıtlarının menzili yaklaşık 250 km ile sınırlıdır ve daha yüksek doğruluk sağladığından, genellikle 150 ila 180 km arasındaki menzillerde kullanılır.
105 dB e kadar gerekli doğrusal alıcı dinamiklerini elde etmek için, farklı alıcı duyarlılığına sahip birkaç alıcı paralel olarak çalıştırılır. Yazılım daha sonra, henüz aşırı sürülmemiş en iyi işaret-gürültü oranına sahip olan işareti seçer.
Modern yağış radarları çok dinamik bir dönüş hızına ve Darbe Tekrarlama Frekansına sahiptir. Hava tropopozda gerçekleştiğinden, mutlak yükseklik bölgesi yaklaşık 18 km ile sınırlıdır. Bu nedenle, oldukça dik yükselme açılarının mümkün olan en büyük aralıkla sürülmesi gerekmez. Burada çok daha yüksek bir Darbe Tekrarlama Frekansı kullanılabilir ve anten, düşük yükseklik taramaları sırasındakine göre daha hızlı dönebilir.
Resim 4: Bir Yağış Radarının tarama stratejisi
(Yükseklik ekseninin ölçeği 1:5 oranında daha büyük çizilmiştir.)
Resim 4: Bir Yağış Radarının tarama stratejisi
(Yükseklik ekseninin ölçeği 1:5 oranında daha büyük çizilmiştir.)
Tarama stratejisi
Resim.4 de bir tarama stratejisi gösterilmektedir. Bir döngü, göreve başlama açısı radar resminin kapsama açısına (ufka) bağlı olan bir yağış taramasıyla başlar. Bu dönüş sırasında radar, 600 Hz lik bir darbe tekrarlama frekansı ile çalışır, bu yalnızca 150 km si kullanılan 250 km lik en büyük kesin ölçüm menziline sahip olduğu anlamına gelir. Anten saniyede 12° lik (≙ 2 dak⁻¹) bir hızla döner. Hacim taraması daha sonra 5,5° deki anten çizgesi ile başlar ve her ek dönüşten sonra bir derece aşağı iner. Bu taramalarda, 600 ya da 800 Hz lik bir Darbe Tekrarlama Frekansı kullanılır. Anten dönüş hızı, saniyede 18° ye (≙ 3 dak⁻¹) hafifçe yükselir, yalnızca alttaki çizge tekrar saniyede 12° kullanır (sabit hedef parazitlerinin bastırılması). Sekizinci dönüşte, tarama 8° lik bir yükseklik açısı ve 800 ya da 1200 Hz lik bir darbe tekrarlama frekansı ile gerçekleşir. 12°, 17° ve 25° lik yükseklik açıları 2 410 Hz, yani saniyede 30° lik (≙ 5 dak⁻¹) dönüş hızını kullanır. Son olarak, dâhili ölçümleme için kullanılan dikey olarak yukarı doğru bir tarama gerçekleştirilir. Anten kendini kuzeye hizalar ve bir sonraki döngünün başlamasını bekler. Alman Meteoroloji Dairesinin yağış radarlarının tümü, aynı anda bir sonraki döngü için dönmeye başlar. Böylece antenlerin dönüşü kabaca eşzamanlaşır ve böylece antenlerin zıt ışıma yapabilmesi önlenmiş olur. Aynı zamanda bu, bileşik radar ürünlerinin oluşumunu (görüntülerin hesaplanması ve birkaç radar aygıtından verilerin derlenmesi) destekler, çünkü örneğin yağış taramasından gelen verilerin tümü aynı dakikaya aittir.
Resim 5: Almanya’daki bir meteoroloji ağına bağlı meteoroloji radarlarının kapsama alanları (Kaynak: Alman Meteoroloji Dairesi)
Yağış radarlarının Almanya’daki konuşlanması
Alman Meteoroloji Dairesi Almanya'da, Federal Almanya Cumhuriyeti'nin tüm alanını kapsayacak şekilde dağıtılmış 17 adet yağış radarından oluşan bir ağa sahiptir. Birbirleriyle kısmen örtüşürler, böylece bir aygıt arızalanırsa, komşu aygıtlardan gelen veriler kullanılabilir. Bu radar aygıtların biri taşınabilir tiptir, böylelikle planlanan büyük kesinti süreleri durumunda bakıma alınan radarın konumuna geçici olarak yerleştirilebilir.